(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を反射ドップラー信号として受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部と、を有し、
前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにおいて、
前記送波器駆動制御手段が、
前記複数の各送波素子を同時に励振するための励振信号を生成する励振信号生成回路部を備え、前記励振信号を、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波とすると共に当該バルク波をその繰り返し周期毎に異なった周波数から成る少なくとも二以上の単位励振信号を断続して時系列に並べて成る異なった周波数ホッピング信号ｄをもって構成し、
前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からの反射受信波である反射ドップラー信号を予め設定された受信方位角度毎に順次受信すると共に当該反射ドップラー信号の要部を成す前記周波数ホッピング信号ｄの単位励振信号を対象としてこれを経時的に複数回サンプルホールドするサンプルホールド回路と、
このサンプルホールドにより取得された反射受信波にかかる前記バルク波の前記各単位励振信号を対象として、予めドップラーシフトさせて生成された複数のレプリカ信号との間で受信方位毎に相関をとり前記目標物からの反射信号を特定するレプリカ相関部と、
このレプリカ相関部で特定された反射信号を画像表示用として記憶する目標物特定情報記憶部とを含む構成したことを特徴とするソーナーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のソーナーシステムにおいて、
前記励振信号生成回路部は、周波数変調に必要な周波数情報として少なくとも二つの変調用周波数データを含むホッピングパターン信号ｃを乱数値に基づいて特定し出力するホッピングパターン発生器と、前記ホッピングパターン信号ｃと前記主制御部から一定周期で出力されるパルス波ａとに基づいて励振信号である前記周波数ホッピング信号ｄを生成し一定周期で繰り返すバルク波として出力する周波数シンセサイザとを備えて構成されていることを特徴としたソーナーシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のソーナーシステムにおいて、
前記送波器駆動制御手段は、
前記励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄを送信器用励振信号として入力すると共に、当該周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記各送波素子に対応した数で且つ前記送波ファンビーム音の送信方位に対応して設定される位相が順次異なった複数の励振信号を生成し当該生成された複数の励振信号を対応する前記各送波素子に同時に印加する送信方位設定部を備えていることを特徴としたソーナーシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つに記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信装置部の受信方位設定部を、
前記受波器の各受波素子を個別に付勢して前記各送波ファンビーム音に対する受信方位角度を設定する複数の受信側可変移相回路と、この各受信側可変移相回路を介して前記各受波素子の受信動作を制御し前記送波ファンビーム音の扇状ビーム面に直交する向きに扇状の受波ビーム領域を設定すると共に当該扇状受波ビーム領域を前記各受波素子の一方の側から他方の側に向けて可変設定する扇状受波ビーム設定回路とを備えた構成としたことを特徴とするソーナーシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信装置部の受信信号処理手段を、
前記各受波素子で受信され前記受信方位設定部の前記各受信側可変移相回路を介して取り込まれる同一タイミングのドップラーシフトされた前記反射受信信号を加算処理する加算処理部と、
この加算処理部で加算処理されて成る前記反射受信信号を対象として前記サンプルホールド回路がサンプルホールドすると共に、このサンプルホールドされた前記反射受信信号を前記送信方位角度及び受信方位角度毎に分けて記憶する受信信号記憶部と、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号に対応して予めドップラーシフトされた周波数信号であるレプリカ信号を，前記周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記一の単位励振信号毎にそれぞれ複数生成するレプリカ信号生成部と、
このレプリカ信号生成部で生成される複数のレプリカ信号を前記送信方位角度毎に分けて記憶するレプリカ信号記憶部と、
前記記憶されたレプリカ信号と前記反射受信信号とを送信方位角度を合わせて且つ受信方位角度毎に相関をとり当該反射受信信号にかかる目標物からの反射信号およびそのドップラー量を順次特定する受信信号相関処理部とを含む構成とし、
前記サンプルホールド回路を、
前記加算処理部で加算処理されて成る前記反射受信信号の周波数及び感度情報を前記扇状受波ビーム設定回路で特定される一の受信方位角度毎に且つ前記反射受信信号を構成する複数の各単位励信信号毎にサンプルホールドする構成としたことを特徴とするソーナーシステム。
【請求項６】
アレイ状に配列された複数の送波素子を備えた送波器から一定周期で繰り返えし発信された広帯域の扇状の送波ファンビーム音が目標物から反射して戻ってきた場合にこれを受信する複数の受波素子を備えた受波器と、この受波器の各受波素子を前記送波器のアレイ状送波素子に直交する方向に設置すると共に前記目標物からの反射音に対する受信方位を扇状の送波ファンビーム音に直交する方向の扇状の受波ビームとして予め設定する受信方位設定部と、前記受波器で受信されるドプラーシフトされた反射受信信号を信号処理すると共に当該目標物の所在を特定する受信信号処理手段と、これら各部の動作を制御する主制御部とを備えたソーナー用受信装置において、
前記送波器から一定周期で繰り返えし発信される広帯域の扇状の送波ファンビーム音は周波数の異なる複数の単位励振信号から成るバルク波を励信信号として繰り返し発信された送波ファンビーム音とすると共に、
前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からのドップラーシフトされた反射受信信号が前記受信方位設定部を介して予め設定された受信方位角度毎に順次受信された場合に当該反射受信信号を経時的に複数回サンプルホールドし出力するサンプルホールド回路と、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号を前記バルク波を構成する複数の単位励振信号を対象とし且つこれに対応して予め生成された複数のレプリカ信号とについて受信方位毎に相関処理すると共にこれによって目標物からの反射信号およびそのドプラー量を特定するレプリカ相関部と、
このレプリカ相関により特定された反射信号およびそのドプラー量にかかる情報を画像表示用の目標物特定情報として記憶する目標物特定情報記憶部とを含む構成としたことを特徴とするソーナー用受信装置。
【請求項７】
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部とを有し、更に、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として使用する周波数ホッピング信号ｄを、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号により構成すると共に、これを前記送波器駆動制御手段の励振信号生成回路部が前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成し、
この周波数ホッピング信号ｄを励信信号として前記複数の送波素子に印加するに際しては、前記前記送波器駆動制御手段の送信方位設定部が作動し、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記複数の送波素子毎に個別に位相制御すると共に、当該位相制御された周波数ホッピング信号ｄを前記アレイ状の各送波素子に同時に印加して前記目標物に向けて送信される扇状送波ファンビーム音の方位を、前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその切り換え設定し、
前記送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に、この反射波の受信に際しては、前記受信方位設定部が稼働して前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定し、
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎に予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて、受信信号相関処理部が相関処理すると共にこれにより当該反射受信信号にかかる目標物からの反射信号の強度及びそのドップラー量を順次特定し、
この特定された反射信号のドップラー情報並びに強度情報を画素値データ処理部が画像表示用として特定するようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【請求項８】
請求項７に記載のソーナー用目標物特定方法において、
前記受信信号処理工程にあっては、
前記各受信素子で受信された受信信号の全体を、前記受信方位毎に予め装備された加算処理部が前記受信方位設定部を介して取り込んで加算処理し、
この加算処理されて成る反射ドップラー信号の周波数及び感度情報を前記受信方位設定部で設定される一の受信方位角度毎に時系列で分けて且つ前記複数の単位励信信号に対応した受信信号毎に、サンプルホールド回路がサンプルホールドし、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号とこれに対応して予め生成され記憶部に記憶されているドップラーシフトされた前記複数のレプリカ信号とについて前記受信信号相関処理部が相関処理する構成としたことを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【請求項９】
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部とを有し、更に、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として使用する周波数ホッピング信号ｄを、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号により構成すると共に、これを前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成する周波数ホッピング信号生成処理機能、
この周波数ホッピング信号ｄに基づいて生成され前記複数の各送波素子に対応して位相制御された励振信号を前記送波器に印加すると共に、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記アレイ状の各送波素子を同時に駆動し前記目標物に向けて発信する扇状送波ファンビーム音の方位を前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的に切り換え設定する送信方位切換え設定機能、
前記送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に、この反射波の受信に際しては、前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定する受信方位切換え設定機能、
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎にこれに対応して予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて相関処理すると共にこれに基づいて反射信号の強度やドプラー量を順次特定する受信信号処理機能、
及びこの特定された反射信号についてそのドップラー情報及び当該反射信号にかかる送受信のタイミング情報並びに反射強度情報に基づいて前記目標物の位置及び移動方位を、画像表示用として特定し記憶部に記憶処理する画像表示データ記憶処理機能、
を備え、これらの各処理機能を前記主制御部が備えているコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送波器と受波器とで形成されるクロスファンビームを使用し送波ファンビーム音が目標物により反射されて得られる反射音（エコー）を受信処理し目標物の正面画像を得るためのソーナーシステム、送信装置、受信装置、ソーナー目標物特定方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、送波器と受波器とで形成されるクロスファンビーム方式（Mills Cross 法ともいう）を使用する水中画像ソーナーが複数提案されている。
クロスファンビーム方式によると、ソーナーヘッドに送波素子のラインアレイである送波器と受波素子のラインアレイである受波器とが直交するように配置し、送波器から水中に向かって左右に扇形に広がるビーム（ファンビーム）を発信し、直交する受波器も扇形のビーム形状で反射を待ち受けることにより、交点それぞれの測定値が得られる。
【０００３】
この種の水中画像ソーナーで従来公知の文献として、下記の特許文献１乃至３がある。  この内、特許文献１に開示されている水中画像ソーナーは、その送信時及び受信時の動作として以下に示す内容が開示されている。
まず、送信タイミング制御回路から出力する送信タイミング制御信号を移相／周波数制御回路に供給し、移相／周波数制御回路において送信タイミング制御信号に基づき送波器の数に対応した数の周波数データ及び移相データを生成して出力する。周波数データは送信パルス発生回路に供給し、ここで各送波器に対応する周波数データ毎にパルス変調して各励振信号を生成する。さらに各励振信号を対応する可変移相回路に供給すると共に移相／周波数制御回路から各移相データを対応する可変移相回路に供給し、各可変移相回路において励振信号に対し移相データに応じた位相を与える。所定の位相を与えた各励振信号を電力増幅させてから対応する各送波器に印加し各送波器を励振駆動する。これにより、各送波器から時系列でかつビーム扁平面に交差する方向に微小角度ずつシフトさせて水中の目標物の方向に向けて送波ファンビームを送信する。
【０００４】
又、受信時には、まず、受波器において、ビームの扁平面が送波ファンビームの扁平面に対して９０度のずれをもって交差し扇形に拡がる受波ファンビーム（受波指向性）を形成し送波ファンビーム音が水中の目標物により反射されて得られる反射音を待ち受ける。  受波ファンビームは、一つの送波ファンビーム毎に一方側から他方側まで微小角度ずつシフトさせ、これを全部の送波ファンビームに対して行い、一つの受波ファンビーム毎に受波器で受信する。反射音は、受波ファンビームとクロスする位置の各受波器でそれぞれ受波され、受波信号（電気信号）に変換される。受波信号は、対応する各増幅回路で増幅され更に対応する各周波数分離回路に入力されて各々所定の周波数別の周波数分離信号として分離され画像再生処理装置に入力する。
画像再生処理装置では、受波器から入力する周波数分離信号の垂直方向及び水平方向に展開するレベルデータを算出し、画像データとして表示器に出力する。表示器ではレベルを輝度に置き換え表示する。
【０００５】
一方、この特許文献１に記載された水中画像ソーナーは、目標物の特定部分を抽出し垂直方向の分解能を上げることができないという問題点があり、この問題点を解消するために、次に説明する特許文献２に開示されている水中画像ソーナーが提案されている。
【０００６】
特許文献２に記載された水中画像ソーナーは、垂直方向の分解能を向上させるため、特許文献１に示す移相／周波数制御回路に代えて、掃引制御回路を備えている。この掃引制御回路は、送信パルス内で周波数を掃引する周波数データと、送波ファンビームの方向を走査する移相データとを発生する。周波数データは送信パルス発生回路に入力し、送信パルス発生回路において周波数データに基づき送信パルス内で第１の周波数から第２の周波数に連続的に変化する励振信号を生成する。
各送波素子には対応する可変移相回路と増幅器とを介して移相データと励振信号とが入力される。各送波器は、送波ファンビーム方向を移相データに応じて例えば垂直方向に変化させながら、周波数が第１の周波数から第２の周波数に連続的に変化する送波ファンビーム音を水中に放射する。
【０００７】
そして、受波側では、第１の周波数から第２の周波数までの間の周波数範囲内で任意に設定される第３の周波数から第４の周波数までの周波数範囲を２以上の整数で分割したとき、受信信号の各分割周波数成分を、各中心周波数と帯域幅をそれぞれ可変制御する前記分割数のフィルタで周波数選択し、分割周波数成分毎に複数の受波器の受波ファンビーム方向のレベル検出を行い、画像データを生成する。
画像制御回路は、画像化する周波数範囲が与えられると、第３及び第４の周波数の設定により周波数分離回路内の各フィルタの中心周波数と帯域幅を可変制御する。これにより、反射音の特定周波数成分／特定角度範囲を抽出できるとした。
【０００８】
更に、特許文献３に記載された目標物位置極限方法を実施するための水中画像ソーナーは、送波器と受波器とを有し、指向性を持つビーム信号に形成する整相器と，第１の周波数分析器と，第２の周波数分析器と，表示処理器と，レプリカ信号変換器と，受信処理器と，探知／表示処理器とを備えている。
【０００９】
この特許文献３に記載された水中画像ソーナーは、送波器で送波ファンビーム音を水中に送波し、目標物からの反射音を受波器で受波し、受信信号を整相して指向性を持つビーム信号を形成し、このビーム信号を第１周波数分析器が一定時間の窓幅で周波数分析して分析結果をデータ蓄積し、この蓄積データを用い第２周波数分析器が所定の周波数分析幅による周波数分析を行ってその結果を表示すると共に、第１周波数分析器の周波数分析結果と前記送信信号のレプリカ信号との相関処理を行い、この相関処理結果の信号値が所定の閾値を越える場合に、この信号を目標物からのエコー信号であると判定し、このエコー信号の方位と距離を推定して、目標物の位置を局限するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−５７２８号公報
【特許文献２】特開平１０−１３２９３０号公報
【特許文献３】特開平１０−３３２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び２に記載された目標物位置極限方法を実施するための水中画像ソーナーは、いずれも単純な周波数分割により送波ファンビームを分離するものでありドップラーを検出する手段がない。このため、ソーナーを搭載している水中走行体の移動又は目標物の移動等に起因して目標物からの反射音にドップラーが付されている場合、このドップラーが付いた目標物からの反射音とドップラーの無い残響とを分離することができないことから、ドップラーに起因して画素の座標がずれる場合があり、目標物の画像を正確に表示できない，という不都合があった。
【００１２】
又、特許文献３に記載された水中画像ソーナーは、レプリカ相関処理及び整相器のそれぞれにおいて数式展開が難しくその解析処理に時間がかかり、また受信反射音に対する距離分解能・時間分解能の向上を図るための措置がなされていないため、当該分解能は低い。更に、反射音の受波が妨害，干渉，傍受に弱いとは難点がある。
【００１３】
〔発明の目的〕
本発明は、上記に鑑みなされたもので、目標物が移動し反射受信信号にドップラーが付され受信周波数が変化していても、ドップラーの無い周囲環境の残響と有効に分離できて目標物を画像表示用として正確に検出することを可能とするソーナーシステム、送信装置、受信装置、ソーナー用目標物特定方法、およびそのプログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるソーナーシステムは、
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を反射ドップラー信号として受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部と、を有し、
前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成されている。
【００１５】
更に、前記送波器駆動制御手段は、
前述した複数の各送波素子を同時に励振するための励振信号を生成する励振信号生成回路部を備え、前記励振信号を、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波とすると共に当該バルク波をその繰り返し周期毎に異なった周波数から成る少なくとも二以上の単位励振信号を断続して時系列に並べて成る異なった周波数ホッピング信号ｄをもって構成しされている。
【００１６】
そして、前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からの反射受信波である反射ドップラー信号を予め設定された方位角度毎に順次受信すると共に当該反射ドップラー信号の要部を成す前記周波数ホッピング信号ｄの単位励振信号を対象としてこれを経時的に複数回サンプルホールドするサンプルホールド回路と、このサンプルホールドにより取得された反射ドップラー信号にかかる前記バルク波の前記単位励振信号を対象として、予めドップラーシフトさせて生成された複数のレプリカ信号との間で受信方位毎に相関をとり前記目標物からの反射信号を特定するレプリカ相関部と、このレプリカ相関部で特定された反射信号を画像表示用として記憶する目標物特定情報記憶部とを含む構成したことを特徴とする。
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるソーナー用送信装置は、扇状に広げられた送波ファンビーム音を目標物に向けて且つ一定周期で繰り返し送信する送波器と、この送波器２０を励振制御する送波器駆動制御手段と、この送波器駆動制御手段の全体的な動作を制御する主制御部とを備え、
前記送波器を前記目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成する。
【００１８】
又、前記送波器駆動制御手段は、
前記複数の各送波素子を同時に励振するための励振信号である周波数ホッピング信号ｄを生成し出力する励振信号生成回路部と、この励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄの位相を前記各送波素子毎に順次変化した状態に設定して対応する当該各送波素子に同時に印加し前記送波ファンビーム音の一の送信方位を特定する送信方位特定機能を備えた送信方位設定部とを有する。
【００１９】
そして、前記送信方位設定部が、前記前記主制御部に制御されて作動し予め設定された一定のタイミングで前記各送波素子から出力される送波ファンビーム音の送信方位を前記複数の各励振信号に設定する位相の印加パターンを変化させて一方の側から他方の側に向けて一定の角度間隔で断続的に順次切換え設定する送信方位切換え設定機能を備えた構成とし、更に、前記励振信号生成回路部で生成される前記励振信号を、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波とすると共に、このバルク波を少なくとも異なった周波数の断続した二以上の単位励振信号から成る前記ホッピング信号をもって構成したことを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるソーナー用受信装置は、
アレイ状に配列されてなる複数の送波素子を備えた送波器が一定周期で繰り返す広帯域のバルク波に付勢され目標物に向けて扇状の送波ファンビーム音を送信すると共に前記目標物からの反射波が戻ってきた場合にこれを受信する受波器と、この受波器が備えている複数の各受波素子を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を予め設定する受信方位設定部と、前記受波器で受信されるドプラーシフトされた反射受信信号を信号処理すると共に当該目標物の所在を特定する受信信号処理手段と、これら各部の動作を制御する主制御部とを備えている。
【００２１】
この内、前記受波器の各受波素子を、目標物に面してアレイ状に配列すると共に前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態に設置する。
【００２２】
そして、前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からのドップラーシフトされた反射受信波が前記受信方位設定部を介して予め設定された受信方位角度毎に順次受信された場合に当該反射受信信号を経時的に複数回サンプルホールドし出力するサンプルホールド回路と、このサンプルホールドされた前記反射受信信号を前記バルク波を構成する複数の単位励振信号を対象とし且つこれに対応して予め生成された複数のレプリカ信号とについて受信方位毎に相関をとりこれによって目標物からの正規の反射信号を特定するレプリカ相関部と、このレプリカ相関により特定された正規の反射信号を画像表示用の目標物特定情報として記憶する目標物特定情報記憶部と、を含む構成としたことを特徴とする。
【００２３】
上記の目的を達成するため、本発明にかかるソーナー用目標物特定方法は、
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部と、を有し、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
【００２４】
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として、前記送波器駆動制御手段の励振信号生成回路部が一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号から成る異なった周波数ホッピング信号ｄを、前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成し（周波数ホッピング信号ｄ生成工程）、この周波数ホッピング信号ｄに基づいて生成される励振信号を前記送波器に印加すると共に、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記前記送波器駆動制御手段の送信方位設定部が作動し、前記アレイ状の各送波素子を同時に駆動して前記目標物に向けて発信する扇状送波ファンビーム音の方位を前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその切り換え設定し（送波ファンビーム音発信工程）、
【００２５】
送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に、この反射波の受信に際しては、前記受信方位設定部が稼働して前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定し（反射信号受信工程）、
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎にこれに対応して予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて、受信信号相関処理部が相関をとることにより正規の反射信号を順次特定し（受信信号処理工程）、
この特定された反射信号のドップラー情報及び当該反射信号にかかる送受信のタイミング情報並びに反射強度情報に基づいて前記目標物の位置及び移動方位を、画像値データ処理部が画像表示用として特定するようにしたことを特徴とする（画像表示データ特定工程）。
【００２６】
上記の目的を達成するため、本発明のソーナー用目標物特定プログラムは、
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部と、を有し、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
【００２７】
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号から成る異なった周波数ホッピング信号ｄを、前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成する周波数ホッピング信号生成処理機能（周波数ホッピング信号ｄ生成工程）、
この周波数ホッピング信号ｄに基づいて生成される励振信号を前記送波器に印加すると共に、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記送波器駆動制御手段２１の送信方位設定部が作動し、前記アレイ状の各送波素子を同時に駆動して前記目標物に向けて発信する扇状送波ファンビーム音の方位を前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその切り換え設定する送信方位切換え設定機能（送波ファンビーム音発信工程）、
【００２８】
前記送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に（反射信号受信工程）、この反射波の受信に際しては、前記受信方位設定部が稼働して前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定する受信方位切換え設定機能、（反射信号受信工程）
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎にこれに対応して予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて、受信信号相関処理部が相関をとることにより正規の反射信号を順次特定する反射信号特定処理機能（受信信号処理工程）、
【００２９】
及びこの特定された反射信号についてそのドップラー情報及び当該反射信号にかかる送受信のタイミング情報並びに反射強度情報に基づいて前記目標物の位置及び移動方位を、画像値データ処理部が画像表示用として特定し記憶部に記憶処理する画像表示データ記憶処理機能、を備え、これを前記主制御部１０が備えているコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は上述したように構成したので、これによると、送信波として複数の断続した周波数ホッピング信号を使用すると共に反射受信信号については前記周波数ホッピング信号に対応して予め準備された複数のレプリカ信号との相関をとるという構成を採用したので、目標物の移動により当該目標物からの反射音がドップラーシフトされて送信波の周波数が変化していても、これに影響されることなく当該目標物にかかる反射信号およびその情報を画像表示用として有効に且つ正確に受信し特定することを可能としたソーナーシステム、送信装置、受信装置、ソーナー用目標物特定方法、及びそのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るソーナーシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に開示したソーナーシステムにおける受信信号処理手段部分を示すブロック図である。
【図３】図１に開示したソーナーシステムにおける送波器と受波器の配置関係を示す正面図である。
【図４】図３に開示した送波器が形成する送波ファンビーム及びその励信信号を示す図で、図４（Ａ）は扇状送波ファンビーム及びそれに対応した励信信号であるホッピング周波数データの例を示す説明図、図４（Ａ）は送波器に印加されるバルク波Ｂとしての周波数ホッピング信号ｄの一例を示す説明図である。
【図５】図３に開示した受波器が外部に対して形成する受波ビーム領域の例を示す説明図である。
【図６】図１に開示したレプリカ相関部におけるレプリカ信号と反射受信信号との相関処理の場を示す図で、レプリカ信号は一の単位励信信号毎にｑ＝５０個とした場合の例を示す説明図である。
【図７】図１のソーナーシステムにおける画素値データ処理部による画素値データ処理の状態を示す説明図である。
【図８】図１のソーナーシステムにおける画像表示装置で二次元表示の場合の前記取得した受信信号の画面上における位置を示す説明図である。
【図９】図１のソーナーシステムにおける画像表示装置で三次元表示することを示す説明図である。
【図１０】図１のソーナーシステムにおける送信装置部における動作を示すフローチャートである。
【図１１】図１のソーナーシステムにおける受信装置部における動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図１１に基づいて説明する。
まず、図１乃至図４において、ソーナーシステム１００は、扇状に広がる送波ファンビーム音ＴＦ1 ，ＴＦ2 ，……，ＴＦY（Y は本実施形態では８００）を目標物に向けて順次切り換え送信する送波器２０及び当該送波器２０を励振制御する送波器駆動制御手段２１を備えた送信装置部１００Ａと、前記目標物からの反射音を反射ドップラー信号として受信する受波器３０及び当該受波器３０を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部３４並びに前記受波器３０で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用の反射受信信号として特定する受信信号処理手段３７を備えた受信装置部１００Ｂとを備えている。
【００３３】
更に、ソーナーシステム１００は、上記各構成要素全体の動作を制御する主制御部１０を備え、又、前記受信装置部１００Ｂには、受信した前記反射受信信号をソーナー画面に表示する反射信号画像処理手段４５を備えている。
【００３４】
〔送信装置部および主制御部〕
上記送信装置部１００Ａが備えている送波器２０は、探知用の目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子２０１  ，２０２  ，……，２０ｎ  により構成されている。又、上記受波器３０は、同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器２０に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子３０１  ，３０２  ，……，３０ｍ  により構成されている。ここで、本実施形態では、ｍ＝ｎ＝１０に設定されている。図３に、これら送波器２０および受波器３０の配置状態の一例を示す。
【００３５】
ここで、扇状に広がる送波ファンビーム音ＴＦの送信方向については、送波器２０を励振制御する送波器駆動制御手段２１によって、後述するように送波ファンビーム音ＴＦの繰り返し周期Ｔ０  （図４（Ｂ）参照）に同期して段階的に順次可変設定されるようになっている。
図４（Ａ）に、この場合の送波ファンビーム音ＴＦ（ＴＦ１  ，ＴＦ２  ，……，ＴＦＹ  ）の送信方向の例を示す。ここで、本実施形態では、Ｙ＝８００に設定されている。
【００３６】
又、前述した各送波素子２０１  〜２０ｎ  および受波素子３０１  〜３０ｎ  は、本実施形態ではそれぞれ圧電素子により形成され、且つその音波出力面については前述した扇状に広がる送波ファンビーム音ＴＦを発信し得るように、その断面が緩やかな円弧状に形成されたものが使用されている。
【００３７】
そして、この円弧状に形成された各送波素子２０１  〜２０ｎ  及び各受波素子３０１  〜３０ｎ  については、その曲率半径を予め適度に設定することにより、前記送波ファンビーム音の扇状広がり角度αを、例えば３０度，５０度，又は７０度の如く、予め任意の広がり各（スワス角）に設定し得るようになっている。
【００３８】
更に、上記送波器駆動制御手段２１は、前記複数の各送波素子２０１  〜２０ｎ  を同時に励振するための励振信号を生成し出力する励振信号生成回路部２２と、この励振信号生成回路部２２で生成された励振信号を前記送波器２０へ印加すると共に前記送波ファンビーム音ＴＦの送信方向を（繰り返し周期（図４（Ｂ）参照）毎に）一方の側から他方の側（図４（Ａ）では上方から下方）に段階的に順次可変設定する送信方位設定部２１と、前記送波器２０へ印加する励振信号を個別に増幅して対応する各送波素子２０１  〜２０ｎ  へ個別に送り込む増幅器２６１  ，２６２  ，……，２６ｎ  とを備えて構成されている。
【００３９】
この内、前記励振信号生成回路部２２は、上記各励振信号として一定周期で繰り返す広帯域のバルク波Ｂを生成する。ここで、図４（Ｂ）に示すバルク波Ｂは、扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて発信する場合の送波信号であり、本実施形態ではその繰り返し周期毎に異なった周波数から成る四つの単位励振信号を断続して時系列に並べて成る異なった周波数ホッピング信号ｄをもって構成されているが、２個，３個又は５個以上の単位励振信号を使用するように構成してもよい。
【００４０】
この励振信号生成回路部２２は、具体的には、周波数変調に必要な周波数情報として、本実施形態では周波数の異なった四つの変調用周波数データを含むホッピングパターン信号ｃを乱数値に基づいて特定し出力するホッピングパターン発生器２２ａと、前記ホッピングパターン信号ｃに基づいて前述した主制御部１０から出力される基本パルスａをパルス変調し励振信号である周波数ホッピング信号ｄを生成して出力する周波数シンセサイザ２２ｂとにより構成されている。
【００４１】
即ち、上記ホッピングパターン発生器２２ａは、予め乱数発生回路を有すると共に、前記送波素子２０１  乃至２０ｎ  の共振周波数における共振時のＱを下げた状態で得られる広帯域励振信号の内の有効な共振が得られる最小限度および最大限度の各周波数に対応した最小および最大の乱数値を予め設定し、前記乱数発生回路から順次出力される複数の乱数値に対応した任意の周波数値の組合せを前記ホッピングパターン信号ｃとして特定する機能を備えている。
【００４２】
これを更に詳述すると、まず、送波素子２０１  〜２０ｎ  は、印加される周波数ホッピング信号からなる励振信号が送波素子２０の共振周波数に近いものでなければ送信に有効な励振が行えず送波ファンビーム音を生成できない。このため、ホッピングパターン発生器２２ａは、乱数値に基づいた周波数変調（パルス変調）用の少なくとも二つの信号（本実施形態では四つの信号）であるホッピングパターン信号を出力するように構成されたものを使用している。
【００４３】
また、周波数シンセサイザ２２ｂとしては、前述したように、送波素子２０の共振周波数の共振時のＱを下げた状態の有効な共振が得られる広帯域励振信号の最小値をホッピングパターン発生器２２ａが出力する最小の乱数値に対応させ且つ同広帯域励振信号の最大値をホッピングパターン発生器２２ａが出力する最大の乱数値に対応させると共に、前述したホッピングパターン信号ｃに基づいて周波数ホッピング信号ｄを出力するように構成されている（図１参照）。
【００４４】
この場合、ホッピングパターン信号ｃは、本実施形態では周波数シンセサイザ２２ｂが主制御部１０から入力する基本信号ａをパルス変調して四つの単位励振信号を出力するためのパルス変調用の信号（搬送波に相当）である。又、上記ホッピングパターン発生器２２ａは、乱数発生器を含んで構成され、この乱数発生器が出力する乱数に基づいてホッピングパターンが生成される構成となっている。
【００４５】
具体例として、ホッピングパターン発生器２２ａは、出力する乱数が１〜１０までの範囲の任意の小値と、１１から２０までの範囲の任意の大値と、を交互に且つ小値と大値とがそれぞれ二個となるように四つの乱数値からなるホッピングパターン信号を出力するように構成されている。又、周波数シンセサイザ２２ｂは、送波素子の共振周波数の共振時のＱを下げた状態の有効な共振が得られる広帯域励振信号の最小値をホッピングパターン発生器２２ａが出力する乱数値＝１に対応させ、且つ同広帯域励振信号の最大値をホッピングパターン発生器２２ａが出力する乱数値＝２０に対応させて、ホッピングパターン信号の四つの乱数値に対応する周波数ホッピング信号を出力するように構成されている。
【００４６】
又、上記周波数シンセサイザ２２ｂは、前述したようにホッピングパターン信号ｃに基づいて前述した主制御部１０から一定間隔で送り込まれるパルス信号ａをパルス変調し励振信号としての周波数ホッピング信号ｄを出力する機能を備えている。
【００４７】
これにより、前述した励振信号である周波数ホッピング信号ｄが、上記励振信号生成回路部２２で生成され出力されるようになっている。
【００４８】
また、前述した送信方位設定部２１は、上記励振信号生成回路部２２で生成される周波数ホッピング信号ｄを送信器用励振信号として入力すると共に、当該周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記送波ファンビーム音ＴＦの送信方位設定用で位相が順次異なった複数の励振信号を加工生成する共に、当該生成された複数の励振信号を対応する前記各送波素子２０１  〜２０ｎ  に同時に印加する機能を備えている。
【００４９】
即ち、この送信方位設定部２１は、前記各送波素子２０１  〜２０ｎ  に印加する複数の各励振信号の位相を順次変化した状態に設定して対応する前記各送波素子２０１  〜２０ｎ  に同時に印加し前記送波ファンビーム音の一の送信方位を特定する送信方位特定機能と、前述した主制御部１０に制御されて作動し予め設定された一定のタイミングで前記各送波素子２０１  〜２０ｎ  から出力される送波ファンビーム音の送信方位を前記複数の各励振信号に設定する位相の印加パターンｅ１  ，ｅ２  ，……，ｅｎ  を変化させて一方の側から他方の側に向けて一定の角度間隔で断続的に順次切換え設定する送信方位切換え設定機能とを備えている。
【００５０】
この送信方位設定部２１を更に詳述すると、この送信方位設定部２１は、位相が異なる励振信号である周波数ホッピング信号ｄを前記複数の各送波素子２０１  〜２０ｎ  に同時に印加する複数の可変移相回路２５１  ，２５２  ，……，２５ｎ  と、この複数の各可変移相回路２５１  〜２５ｎ  に前述した励振信号生成回路部２２で生成される同一の周波数ホッピング信号ｄが同時に入力された場合に，当該周波数ホッピング信号ｄの位相を前記送波ファンビーム音の送信方向に対応して順次変化した状態に設定するように，対応する前記複数の各可変移相回路２５１  ，２５２  ，……，２５ｎ  に指令する移相制御回路２４とにより構成されている。符号ｅ１  ，ｅ２  ，……，ｅｎ  は、この場合の移相制御回路２４からの指令信号を示す。
【００５１】
即ち、上記送信方位特定機能は上記可変移相回路２５１  〜２５ｎ  と移相制御回路２４とによって実行されるようになっており、又上記送信方位切換え設定機能は、上記可変移相回路２５１  〜２５ｎ  と移相制御回路２４及び当該移相制御回路２４に対して上記送信方位の切換え制御を指令する主制御回路１０とによって実行されるようになっている。
【００５２】
ここで、上述した主制御部１０は、前記扇状の送波ファンビーム音ＴＦ1 〜ＴＦY の送信方位角度の送信角度断続切替え設定に際しては、その切り換え時間の時間間隔を予め設定されたプログラムに従って適宜可変設定する切換えタイミング設定機能１０ａを備えている。
【００５３】
図４（Ａ）（Ｂ）に、上記主制御部１０の送信方位切換え設定機能によって順次切り換え設定される扇状送波ファンビーム音ＴＦ1 ，ＴＦ2 ，……，ＴＦY の送信方位の一例を模擬的に示す。そして、この扇状の送波ファンビーム音ＴＦ1 〜ＴＦY の送信方位の切換えは、前述したように送信波であるバルク波の繰り返し発信の周期に同期して成されるようになっている。
【００５４】
具体的には、前述した送波器２０は、図４（Ａ）において、最初に一番上の第１の送波ファンビームＴＦ1 を形成し且つ時間ｔ１  を経過する毎に周波数ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aからなる送波ファンビーム音が送信され目標物から反射し反射音として戻ってきた場合に受波器３０で受波され、受信処理が完了する時間ｔ２  が経過すると、上から二番目の第２の送波ファンビームTF２  を形成しかつ時間ｔ１  を経過する毎に周波数ｆ1b，ｆ2b，ｆ3b，ｆ4bからなる送波ファンビーム音の発信を行い、以後も同様に、送波ファンビームを形成し送波ファンビーム音の発信を行う。図４（Ｂ）では、記号Ｔ０  は送信波の発信に際して設定される送信波（バルク波）の繰り返し周期を示す。又、記号ＴＢ  は送信波（バルク波）のパルス幅を示す。
【００５５】
送波器２０から発信された送波ファンビーム音は目標物に到達すると反射され反射音（エコー）となり、この反射音が受波ファンビーム（受波指向性）を形成して待ち受ける受波器３０（第１〜第ｍの受波素子３０１  〜３０ｍ  ）で受波される。
【００５６】
これにより、上述した送波器２０から出力される目標物探索用の送波ファンビーム音ＴＦ1 乃至ＴＦY は、周波数の異なる４つの単位励振信号から成る断続したバルク波をもって、その繰り返し周期毎に異なった方位に扇状に広げられた状態で、順次切り換え送信されるようになっている。
【００５７】
〔受信装置部および主制御部〕
次に、本実施形態に係る受信装置部１００Ｂについて説明する。
図１乃至図９において、受信装置部１００Ｂは、前述した目標物からの反射音であるドプラーシフトされた反射ドップラー信号を、前述したアレー状の送信器２０に対してクロスビームの状態で受信する受波器３０と、この受波器３０を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を小刻みに設定する受信方位設定部３４と、前記受波器３０で受信される反射音を信号処理すると共に前記目標物の所在を表示する画像表示用の反射受信信号として特定する受信信号処理手段３７とを備えている。
【００５８】
更に、上記受信方位設定部３４と受波器３０との間には、当該受波器３０の各受信素子３０１  ，３０２  ，……，３０ｍ  で受信した前記目標物からの送波ファンビーム音ＴＦ1 〜ＴＦY に係る反射受信信号（反射ドップラー信号）を個別に増幅する増幅器３３１  ，３３２  ，……，３３ｍ  と、この各増幅器３３１  〜３３ｍ  で増幅された反射受信信号を上記送波ファンビーム音ＴＦ1 〜ＴＦY 毎に順次取り込で受信素子３０１  〜３０ｍ  毎に受信処理する直交変調器３２１  ，３２２  ，……，３２ｍ  及びＢＰＦ（広域フィルタ回路）３１１  ，３１２  ，……，３１ｍ  の直列回路とが介装されている。
【００５９】
これにより、前述した送波ファンビーム音ＴＦ1 乃至ＴＦY が反射音として受信された場合に当該反射受信信号に係るバルク波Ｂの各単位励振信号の周波数にかかる信号を基準とする予め想定したドプラー周波数領域の反射受信信号のみが受信されるようになっている。
【００６０】
ここで、この反射受信信号の受信に際して機能する受信方位設定部３４について説明する。
この受信方位設定部３４は、前記受波器３０が反射音である送波ファンビーム音ＴＦ1
乃至ＴＦY を受信し順次取り込むに際しては、前述した送信器２０からのバルク波である送波ファンビーム音ＴＦ1 乃至ＴＦY の発信のタイミングで（直接的には主制御部１０から出力されるパルス信号ａに付勢されて）、当該扇状の送波ファンビーム音ＴＦ1 乃至ＴＦY の反射音に対してその扇状の面に直交する方向に向けて扇状の受信領域を設定する受信方位設定機能と、前記一の送波ファンビーム音（例えば図４（Ａ）におけるＴＦ1 の反射音）に対して本実施形態では１，０００回の扇状の受信領域を前記各受波素子３０１  ，３０２  ，……，３０ｍ  の一方から他方に向けて一定角度で断続的に順次切り換え設定する受信方位可変設定機能とを備えている。
【００６１】
これを更に詳述すると、この受信方位設定部３４は、具体的には、上述した受波器３０の各受波素子３０１  〜３０ｍ  を同時に個別に付勢して前記各送波ファンビーム音に対す
る受信方位角度を設定する複数の受信側可変移相回路３６１  〜３６ｍ  と、この各受信側可変移相回路３６１  〜３６ｍ  を介して前記各受波素子３０１  〜３０ｍ  の受信動作を制御し前述した送波ファンビーム音の扇状ビーム面に直交する向きに扇状の受波ビーム領域を設定すると共に当該扇状受波ビーム領域ＲＦ1 ，ＲＦ2 ，……，ＲＦX を上述したように前記各受波素子の一方の側から他方の側に向けて高速で可変設定する扇状受波ビーム設定回路３５とを備えている（図１，図４（Ａ）参照）。ここで、本実施形態では、Ｘ＝１，０００に設定されている。
【００６２】
前述した複数の各受信側可変移相回路３６１  〜３６ｍ  は、前述した各受波素子３０１  〜３０ｍ  を同時に個別に受信駆動するに際しては、前述した扇状受波ビーム設定回路３５に付勢されて作動し各受波素子３０１  〜３０ｍ  に対する受信振動にかかる位相のずれを、上述した受信方位に合わせて順次個別に可変設定する。これによって、前述したように、扇状受波ビーム領域ＲＦ1 〜ＲＦX が一方の側から他方の側に向けて断続的に順次切り換え設定されるようになっている。
【００６３】
この場合、前述した一方の側から他方の側に向かう断続的に切り換え設定される前記扇状受波ビーム領域ＲＦ1 乃至ＲＦX の切り換えは、１周期に反射受信信号を構成する４つの各単位励振信号の各一の単位励振信号（例えば０．１秒）に対して１，０００回設定される。このため、４つの各単位励振信号からなる単一の反射バルク波に対しては、これが４回繰り返されることから、４，０００回設定され、これが連続して繰り返されるようになっている。
【００６４】
これにより、一の反射受信信号は１／１，０００の確率で反射受信波の分解能が設定され、後述するように画像表示における横一列の１，０００ドットにおける１ドットの情報が特定されるようになっている。
【００６５】
即ち、前記扇状受波ビーム設定回路３５にとって前記各受波素子３０１  〜３０ｍ  に対して横方向の一方から他方に向かって１，０００回切り換え設定される扇状受波ビーム領域の一の方位は、画像表示における１ドットに対応したものとなっている。
【００６６】
そして、上記受信方位設定部３４によって設定された一方側から他方の側に向けて繰り返し順次設定される１，０００に分けられた複数の扇状受波ビーム領域ＲＦ1 〜ＲＦｘを通過して受信される前記反射受信信号は、前述した受信信号処理手段３７に送り込まれる。
【００６７】
この受信信号処理手段３７は、前述した受信方位設定部３４によって設定される扇状受波ビーム領域を介して前記各受信素子３０１  〜３０ｍ  が同時に個別に受信した反射受信信号を加算処理し一の画像ドットに相当する受信データを各扇状の受波ビーム領域ＲＦ1 〜ＲＦｘ毎に順次生成する加算処理部３８と、この加算されて順次特定される各１ドットに対応した反射受信信号を経時的に且つ各単位受信信号（前述した単位励信信号に対応した信号部分）毎に例えば４回サンプンリングしてその時の受信データ（受信感度及び受信周波数）を特定し出力すると共に前記加算処理部３８から送り込まれる他の１ドットに対応した反射受信信号に対しても同様に順次対処するサンプルホールド回路３９とを備えている。
【００６８】
ここで、上記加算処理部３８で加算処理された受信データの前記受信素子３０１  〜３０ｍ  における受信のタイミング情報は前述した主制御部１０へ送られ、当該主制御部１０では前述した送信時のタイミング情報に基づいて前述した目標物の位置情報（距離）が演算され記憶されるようになっている。
【００６９】
前述したサンプルホールド回路３９は、具体的には、受波器３０で受信される前記目標物からの反射受信波である反射ドップラー信号を予め設定された受信方位角度毎に且つ前記加算処理部３８を介して各別に順次入力すると共に当該反射ドップラー信号の要部を成す前記周波数ホッピング信号ｄの単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4a  を対象としてこれを経時的に複数回（例えば４回）サンプルホールドし、当該単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aにかかる受信データと共にレプリカ相関処理の対象データとして後述するレプリカ相関部４０へ出力されるようになっている。
【００７０】
前述した受信信号処理手段３７は、更に、前述したサンプルホールド回路３９から出力されるレプリカ相関処理用の反射受信信号、即ち、このサンプルホールドにより取得された反射ドップラー信号にかかる前記バルク波の前記単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aを対象として、予めドップラーシフトさせて生成された複数のレプリカ信号との間で受信方位毎に相関をとり前記目標物からの反射信号を特定するレプリカ相関部４１と、このレプリカ相関部４１で特定された反射信号を画像表示用として記憶する目標物特定情報記憶部と、前記レプリカ相関部４１に併設され前記複数のレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部４０とを備えている。
【００７１】
〔レプリカ信号生成部４０〕
この内、上記したレプリカ信号生成部４０は、前述した周波数シンセサイザ２２ｂから出力される周波数の異なる単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aからなる励振信号（バルク波信号）に基づいて当該単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aを基準とし予め想定されるプラス方向およびマイナス方向に順次変化して成る異なった周波数の複数のレプリカ信号（本実施形態では１０１個）を生成し前記レプリカ相関部４１へ出力する機能を備えている。この複数のレプリカ信号の生成は前述した励振信号（バルク波信号）Ｂの繰り返して出力される度に、当該励振信号（バルク波信号）Ｂの内容に合わせて繰り返し生成され出力されるようになっている。
【００７２】
即ち、上記レプリカ信号生成部４０で生成されるレプリカ信号は、前記励振信号生成回路部２２で生成される周波数ホッピング信号ｄを構成する各単位励信信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aに対応して生成される。この場合、当該各単位励信信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aにかかる周波数を基準とし且つ想定される最大及び最小に変化するドップラー周波数の数値を、前記基準周波数の前後でそれぞれ複数等分（本実施形態では５０等分）した場合に得られる等分した位置の複数のドップラー周波数値に基づいて生成される。
このため、本実施形態では、各単位励信信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aと同一の周波数を基準レプリカ信号として合計１０１個のレプリカ信号が予め生成され記憶される。
【００７３】
上記レプリカ信号生成部４０は、具体的には、周波数シンセサイザ２２ｂから入力する周波数ホッピング信号を構成している四つの周波数（図４参照）を基準としてこれをドップラーゼロに設定する。ここで、目標物が発信側（送信元）に接近移動している場合には、受波器３０が受信する可能性がある周波数を最大に増幅された反射音（エコー）を想定して当該反射音に含まれる四つの周波数の各最大値（最大のドップラーが付いた周波数）を特定し、プラスのドップラーが付いた各最大周波数とドップラーゼロに設定する基準周波数との偏差（周波数）である＋ｑをプラス側の最大ドップラー偏差とし、この＋ｑを例えば５０分割する。これにより、レプリカ信号生成部４０は、ドップラーゼロの周波数のそれぞれに各段階のドップラーを加えたプラス側の５０段階の周波数分析幅を持つ周波数のレプリカ信号を生成するドップラーシフト信号生成機能を備えている。
【００７４】
又、このレプリカ信号生成部４０は、目標物が発信側（送信元）に対して遠ざかって移動している場合に受波器３０が受信する可能性がある周波数を最小に減少された反射音（エコー）を想定してこの反射音（エコー）に含まれる四つの周波数の各最小値を設定し、マイナスのドップラーが付いた各最小周波数とドップラーゼロに設定する基準周波数との偏差（周波数）である−ｑをマイナス側の最大ドップラー偏差とし、この−ｑを例えば５０分割し、ドップラーゼロの周波数のそれぞれに各段階のドップラーを引いたマイナス側の５０段階の周波数分析幅を持つ周波数のレプリカ信号を生成するドップラーシフト機能を有する。
このようにして、この例では、レプリカ信号生成部４０は、ドップラーゼロの周波数を含めて１０１個のレプリカ信号を生成する。なお、レプリカ信号を１０１個にするのは一例に過ぎない。
【００７５】
そして、このようにして生成されたレプリカ信号は、図６に示すように前述した各単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4a毎に区画されて、レプリカ相関部４１のレプリカ信号記憶部４２ｂに一時的に格納されるようになっている。
【００７６】
〔レプリカ相関部４１〕
レプリカ相関部４１は、図１乃至図２に示すように、レプリカ信号生成部４０で生成された複数のレプリカ信号を記憶するレプリカ信号記憶部４２ｂ，及び前述したサンプルホールド回路３９でサンプリングされた反射受信信号の単位励振信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aを記憶する受信信号記憶部４２ａを備えた信号記憶部４２と、この信号記憶部で記憶された前記反射受信信号について前記記憶されたレプリカ信号に基づいて相関処理を実行する受信信号相関処理部４４とを備えている。
【００７７】
この内、受信信号相関処理部４４は、正規の反射信号の特定に際し、前述した受信方位角度毎に得られる前記反射受信信号を構成する周波数ホッピング信号の各単位周波数信号ｆ1a，ｆ2a，ｆ3a，ｆ4aを、レプリカ信号記憶部４３に記憶されている前記同一方位角度で且つ対応する順位の複数のレプリカ信号の全てについてその周波数を比較すると共に、同一又はこれに最も近い値の一の周波数のレプリカ信号を前記反射波にかかる反射信号として特定する相関処理機能４４ａを備えている。
【００７８】
又、この受信信号相関処理部４４は、この相関処理機能４４ａで特定された反射受信信号のドップラー情報及び当該反射受信信号の受信レベル情報に基づいて前記目標物の移動方向及び目標物の大きさを特定する目標物特定機能４４ｂとを備えている。
【００７９】
更に、この受信信号相関処理部４４には、当該受信信号相関処理部４４で特定された反射信号にかかる前記目標物の大きさ（受信信号レベル）及び移動方向の各データを記憶する目標物特定情報記憶部４５が併設されている。
【００８０】
このレプリカ相関により、目標物からの正規の反射信号が当該目標物の移動に伴うドップラーシフトし周波数の変化した状態で受信されても、このドップラーシフトした周波数の反射受信信号に惑わされることなく、目標物からの正規の反射信号を高精度で且つ確実に受信することが可能となり、同時に目標物の移動方向およびその速度も合わせて特定することができる。
【００８１】
ここで、上記受信信号相関処理部４４では、同一方位角度にあって特定される反射受信信号にかかる１，０００ドットの情報（画像上における横方向の走査ライン上）が、前述した送信装置部１００Ａにて順次切り換え設定される扇状送波ファンビーム音ＴＦ1 ，ＴＦ2 ，……，ＴＦY の送信方位の数（例えばＹ＝８００）の分だけ順次特定されて目標物特定情報記憶部４５に記憶されるようになっている。
【００８２】
この目標物特定情報記憶部４５には、上記画像表示用にドット情報に対応して、同一タイミングの送受信情報に基づいて主制御部１０で算定される各ドット情報にかかる目標物の位置情報（ソーナーシステム１００からの距離情報）が入力され、対応するドット情報と共に目標物特定情報記憶部４５に記憶されるようになっている。
【００８３】
〔反射信号画像処理手段５０〕
更に、上記受信信号処理手段３７の出力段には、前述した目標物特定情報記憶部４５に記憶された反射受信信号にかかる送受信のタイミング情報および反射レベルに基づいて前記目標物の所在位置およびその形状の大小にかかる各情報を特定する画素値データ処理を行う共に、前記反射受信信号の各受信方位に対応した表示用の座標データを付して座標データを生成し当該座標データを予め別に装備されたソーナー画像表示部に画像表示する反射信号画像処理手段５０が併設されている。
【００８４】
この反射信号画像処理手段５０は、具体的には、前述した受信信号処理手段３７で処理され順次送り込まれる目標物の位置情報及び感度情報（反射レベル情報）を順次画素値データに変換処理すると共に画像表示用の座標データを付して出力する画素値データ処理部４６と、この画素値データ処理部４６でデータ処理されたデータを記憶する座標値データ記憶部４７と、この座標値データ記憶部４７に記憶されている座標値データを二次元又は三次限の斜視図表示等に変換表示制御する表示制御部４８とを備えて構成されている。
【００８５】
ここで、上記画素値データ処理部４６は、目標物特定情報記憶部４５に記憶されている特定された一のドットおよびそれにかかる受信信号情報と対応する１０１個のレプリカ信号にかかるドップラー周波数のレプリカ相関値を読み出して、予め内部に設定されている画像表示条件の閾値と照合すると共に当該閾値を超えた音圧が最も高いレプリカ相関値を選択しその音圧に対応したグラデーションデータを画素値データとして出力する画素値データ処理を行う画素値データ処理機能を備えている。そして、この画素値データ処理を、前記各記憶部が記憶している一の送波ファンビーム毎に、対応する全部のレプリカ相関値に行われるようになっている。
【００８６】
そして、上記画素値データ処理部４６による画素値化処理は、具体的には、例えば図７に示すように、横軸の左端をドップラー周波数にかかる負の最大偏差であるマイナスｑ値，中央をドップラー周波数にかかる偏差０値，右端をドップラー周波数にかかる正の最大偏差であるプラスｑとすると共に、縦軸に相関レベル（音圧）を取ったグラフ上で、目標物が存在すると想定される閾値エリア（ハッチングエリア，又は画像表示エリア）を設定し、同一の画素対応方位の１０１個のレプリカ相関値について１個ずつ閾値エリア（画像表示エリア）に含まれるか否か順次に判定する。
【００８７】
そして、閾値エリアに含まれる最大の相関ピーク（最大音圧）を生じる一つのレプリカ相関値を抽出し、これを目標物の存在する画素としてグラデーションデータに置き換えて記憶する。符号４７は、この場合のグラデーションデータを記憶する座標データ記憶部を示す。
【００８８】
この画素値化処理を行うと、ドップラー周波数が付された反射受信信号であっても、これを閾値エリアによって高い相関レベルで確実に捕捉し特定することができる。又、この画素値化処理は、１ドットに対応する一画面分について順次行われ、これによって目標物からの反射信号を確実に検出し捕捉することができる。
【００８９】
又、前述した表示制御部４８は、前述した主制御部１０からの要求に基づいて作動し、座標データ記憶部４７に記憶されている画素値データを読み出して図８に示すようにマトリックス配列処理し、それをソーナー画像表示部に表示する画像表示制御機能を備えている。
【００９０】
この場合、主制御部１０からの要求に基づいて、同一時刻のマトリックス配列の画素を出力すれば二次元表示を行うことができ、又、サンプルホールドした複数回分の画面を奥行方向に重ね合わせて出力すれば図９に示すように三次元表示を行うことができる。さらに、送波器２０と受波器３０とで１サイクル分の送受波を行って得られる画面を重ね合わせて出力すれば、更に三次元表示を有効に行うことができる。
【００９１】
〔本実施形態の動作〕
次に、上記実施形態におけるソーナーシステムの全体的な動作を、図１０乃至図１１に基づいて説明する。
最初に、目標物探索用として水中に発信される扇状送波ファンビーム音の生成および送信動作について説明し、続いて、目標物からの反射波に対する受信動作及びその受信信号に対する信号処理について順次説明する。
【００９２】
（動作の概要）
図１に示すソーナーシステム１００は、送信装置部１００Ａ側では、励振信号生成回路部２２が周波数ホッピング信号からなるｎ個（本実施形態では１０個）の異なった励振信号を送波素子２０１  〜２０ｎ  に同時に印加することをＹ回（本実施形態では８００回）繰り返すことにより、図４（Ａ）に示すように、送波器２０が第１〜第ｙの送波ファンビームＴＦ１  〜ＴＦＹ  を順次に形成し送波ファンビーム音として水中に向かって送波する。
【００９３】
一方、受信装置部１００Ｂ側では、受信方位設定部３４の指向性合成入力により、図５に示すように、受波器３０が送波ファンビームを構成している各一つの周波数に対し空間的に９０度のずれをもって交差する第１〜第ｘの受波ファンビーム（受波指向性）ＲＦ１  〜ＲＦＸ  を形成し待ち受ける。
【００９４】
そして、この受信装置部１００Ｂ側では、上記受波器３０により、送波ファンビーム音が目標物に到達し送信元へ反射してくる反射音（エコー）を受波して受信処理し、当該反射受信信号を送波ファンビームの方位及び受波ファンビームの方位毎に指向性合成処理し、この指向性合成処理した反射受信信号と、該反射受信信号に対応する周波数ホッピング信号をドップラーシフトすることにより予め用意したレプリカ信号との間でレプリカ相関を行ってドップラーを除き、水中の目標物の正確な位置、距離、移動速度及び影像に関するＹ×Ｘのドット（Ｙは垂直方向のドット数，Ｘは水平方向のドット数）の画像データを取得し画像表示装置５０に目標物の画像を表示するものである。
ここで、本実施形態では、ｎ＝ｍ＝１０を想定しており、また、Ｘ＝１，０００、Ｙ＝８００、を想定している。
以下、これを具体的に説明する。
【００９５】
（送波ファンビームの送信動作）
システム全体を稼働状態に設定すると、まず、前記複数の各送波素子２０１  〜２０ｎ  を同時に励振する励振信号として、前記送波器駆動制御手段２１の励振信号生成回路部２２が一定周期で繰り返す広帯域のバルク波Ｂで且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号（本実施形態では４個の単位励振信号）から成る異なった周波数ホッピング信号ｄを、前記バルク波Ｂの繰り返し周期毎に新たに生成し出力する（図１０：Ｓ１０１乃至Ｓ１０５／周波数ホッピング信号生成工程）。
【００９６】
この周波数ホッピング信号ｄに基づいて生成される励振信号を前記送波器２０に印加する（励振信号の印加工程）。この場合、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記前記送波器駆動制御手段２１の送信方位設定部３４が作動し、前記アレイ状の各送波素子を同時に駆動して前記目標物に向けて発信する扇状送波ファンビーム音の方位を前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて（本実施形態では図４に示すように、図の上側部分から水平に広げられた扇状送波ファンビーム音を図の下側部分に向けて）一定の角度間隔で断続的に切り換え設定する（図１０：Ｓ１０６／送波ファンビーム音発信工程）。
【００９７】
これを更に詳述すると、まず、図１０において、主制御部１０が作動し一定周期で繰り返す基準信号ａ（バルク波）を送波器２０用として出力する（図１０：ステップＳ１０１）。同時に、主制御部１０はシステム全体の動作タイミングを設定するタイミング制御信号ｂを出力する。
【００９８】
同時に、主制御部１０はタイミング制御信号ｂを出力する（図１０：ステップＳ１０２）。このタイミング制御信号ｂは、連動する各構成部分（ホッピングパターン発生器２２ａ、移相制御回路２４、レプリカ信号生成部４２、扇状受波ビーム設定回路３５等）に入力する（図１）。
【００９９】
次に、ホッピングパターン発生器２２ａがタイミング制御信号ｂの入力により前述したように周波数が不規則に設定された４種類のホッピングパターン信号ｃを生成して出力する（図１０：ステップＳ１０３）。このホッピングパターン信号ｃは、周波数シンセサイザ２２ｂに入力される（図１参照）。
【０１００】
次いで、周波数シンセサイザ２２ｂは、ホッピングパターン信号ｃに基づき基準信号ａをホッピングパターン変調（パルス変調）して周波数ホッピング信号ｄを出力する（図１０：ステップＳ１０４）。この周波数ホッピング信号ｄは、可変移相回路２５１  〜２５ｎ  と後述するレプリカ信号生成部４２に入力される（図１参照）。
【０１０１】
一方、移相制御回路２４は、タイミング制御信号ｂの入力に基づいて各送波素子２０１  〜２０ｎ  に個別に対応する位相制御信号ｅ1 , ｅ2,……ｅn を生成し、これを位相設定指令信号として個別に前述した可変移相回路２５１  〜２５ｎ  へ送り込む（図１０：ステップＳ１０４）。
【０１０２】
これにより、可変移相回路２５１  〜２５ｎ  は入力される周波数ホッピング信号ｂに対して個々に異なる位相制御信号（これによって送信方位が設定される）に基づいて遅延処理すると共に当該遅延処理され送信方位が設定された周波数ホッピング信号を出力し（図１０：ステップＳ１０４）、これを対応する増幅器２６１  〜２６ｎ  を介して送波素子２０１  〜２０ｎ  に各別に印加する（図１０（Ａ）：ステップＳ１０５乃至Ｓ１０６）。
【０１０３】
これにより、各送波素子２０１  〜２０ｎ  は、励振信号の印加によって個別に励振され、全体が協働し送波器２０として指向性を有する送波出力動作を行い、送波器２０として第１の送波ファンビームＴＦ１  を形成し送波ファンビーム音を送信する（図１０：ステップＳ１０６）。以下、この動作を一定周期毎に実行し、第１，第３，…の送波ファンビームＴＦ１  ，ＴＦ２  ，……，ＴＦＹ  を順次送信する（図１０：ステップＳ１０７）。
【０１０４】
（反射ファンビームの受信及び受信信号の処理動作）
次に、上述した送波器２０から送信された送波ファンビーム音が目標物から反射してきた場合、まず、この反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として受波器３０が受信する。
【０１０５】
又、この反射波の受信に際しては、同時に予め前記受信方位設定部３４が稼働し、前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向（本実施形態では図５に示す上下方向の広がり）で且つ前記アレイ状の各受信素子３０１  〜３０Ｘ  の一方の側から他方に側（受信側から見て右手方向から左手方向）に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定する（図１１：ステップＳ２０１／反射信号受信工程）。
【０１０６】
このステップＳ２０１の反射信号受信工程にあっては、最初に、前記送波器２０による扇状に広げられた送波ファンビーム音ＴＦ１  〜ＴＦＹ  の広がりに直交する状態の扇状受波ビームＲＦ１  〜ＲＦＸ  を、前記受信方位設定部３４が予め前記受波器３０の一方の端部側から他方の端部側に向けて断続的して繰り返し設定する（図１１：ステップＳ２０２／扇状受波ビーム設定工程）。
同時に、この各扇状受波ビームで捕捉されるドップラーシフトされた前記反射波にかかる受信信号は、前記送波器２０の各受信素子２０１  〜２０ｎ  により同時に各別に受信される（図１１：ステップＳ２０２／信号個別受信工程）。
【０１０７】
次に、この各受信素子２０１  〜２０ｎ  で受信された反射波は、設定された扇状受波ビーム毎に方位情報が特定されて増幅器３１１  〜３１ｎ  で増幅され、直交変調器３２１  〜３２ｎ  及び広帯域のフィルタ回路（ＢＰＦ）３３１  〜３３ｎ  で雑音処理され、その後、各別に前述した受信方位設定部３４の受信側可変移送回路３６１  〜３６ｎ  に取り込まれた後に加算処理部３８に送られる（図１１：ステップＳ２０３／雑音処理工程）。
【０１０８】
そして、この加算処理部３８で加算処理されて画像上の単一ドットの位置情報が付された後にサンプリング処理され、その後、前記単位励振信号毎にこれに対応して予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて、受信信号相関処理部４４が相関をとり、これによって正規の反射信号を１ドットについて順次特定される（図１１：ステップＳ２０４乃至Ｓ２０６／受信信号処理工程）。
【０１０９】
このステップＳ２０４乃至Ｓ２０６の受信信号処理工程にあっては、まず、前記各受信素子で受信された一の設定方位に於ける受信信号の全体を、加算処理部３８が、前記受信方位設定部３４の受信側可変移送回路３６１  〜３６ｎ  を介して取り込んで加算処理する。  この加算処理は、前述した一の送波ファンビームについては水平方向に１，０００回実行され、これによって画像処理における水平走査線上における１，０００ドットの反射受信情報が生成される（図１１：ステップＳ２０４／加算処理工程）。
【０１１０】
次に、この加算処理されて成る反射ドップラー信号は、その周波数及び感度情報を前記受信方位設定部３４で設定される一の受信方位角度毎に且つ時系列で分けて前記複数の単位励信信号に対応した受信信号毎に、サンプルホールド回路３９がサンプルホールドして出力する（図１１：ステップＳ２０５／サンプルホールド工程）。
【０１１１】
このサンプルホールド工程によって、後述する画像表示における立体表示に必要な目標物のデータが得られる。このサンプルホールドされた受信信号は、レプリカ相関部の受信信号記憶部に順次記憶される（図１１：ステップＳ２０５／受信信号記憶工程）。
【０１１２】
一方、レプリカ相関部におけるレプリカ相関処理に際しては、事前に、複数のレプリカ信号が、前述した４個の単位励信信号から成る励信信号（周波数ホッピング信号ｄ）が励振信号生成回路部２２から出力される度に当該励信信号に基づいて（当該励信信号の繰り返し出力毎に）ドップラーシフトされた複数のレプリカ信号が生成され、前述したレプリカ相関部が備えているレプリカ信号記憶部に図６に示す形態（４つの単位励信信号に対応した形態）をもって一時的に記憶される（図１１：ステップＳ２０６／レプリカ信号生成工程）。
【０１１３】
このレプリカ信号生成工程では、前記周波数ホッピング信号ｄを構成する単位励信信号の各周波数に対応して、前記レプリカ信号生成部４２が生成しる。この場合、前記周波数ホッピング信号ｄを構成する単位励信信号の一の信号にかかる周波数を基準とし想定される最大及び最小に変化するドップラー周波数の数値を、前記基準周波数の前後でそれぞれ５０等分した場合に得られる等分した位置の複数のドップラー周波数値に基づいて生成される。本実施形態では各単位励信信号毎に１０１個のレプリカ信号が予め生成され前述したようにレプリカ信号記憶部に記憶される。
【０１１４】
そして、このサンプルホールドされた前記反射受信信号がこれに対応して予めドップラーシフトされた前記複数のレプリカ信号に基づいて前記受信信号相関処理部が相関処理し、これによって前記目標物からの反射信号がそのドップラー量と共に特定される（図１１：ステップＳ２０６乃至Ｓ２０７／レプリカ相関処理工程）。
【０１１５】
ここで、上記レプリカ相関処理について詳述する。
上記レプリカ相関処理では、レプリカ相関部４１が一時記憶している反射受信信号に対し、画素対応方位が同一で、四つの周波数に関するサンプルホールドされた順位が同位の四つの受信信号を１組のデータ信号として読み出すと共に、各レプリカ信号記憶部４２ｂが一時記憶してレプリカ信号を読み出すと共に読み出した１組のデータ信号と対応するレプリカ信号との相関をとり、ビーム信号の音圧強度とドップラーとを組み合わせたレプリカ相関値を出力する。この相関処理をサンプルホールド受信回数の分繰り返して、一の画素対応方位のレプリカ相関を終了する。こうして次々に画素対応方位毎にレプリカ相関を行う。
【０１１６】
続いて、第２の送波ファンビームＴＦ２  についても、上述した第１の送波ファンビームＴＦ１  の場合と同様にして相関処理が実行され、以後も、第ｙの送波ファンビームＴＦＹ  まで、同様のステップが繰り返えされる。
【０１１７】
ここで、このレプリカ相関処理工程では、前記ドップラーシフトされた反射受信信号の特定に際し、前記各反射波の受信方位角度毎に得られるドップラーシフトされた前記反射受信信号にかかる各単位励信信号を、レプリカ信号記憶部４２に記憶されている前記同一方位角度で且つ対応する順位の複数のレプリカ信号の全てについて、前記受信信号相関処理部４４が図６に示すようにその周波数を比較すると共に、同一又はこれに最も近い値の一の周波数のレプリカ信号を前記反射波にかかる反射信号として特定する。
【０１１８】
同時に、この特定された反射信号のドップラー情報及び当該反射信号に対応する前記反射ドップラー信号の送受信のタイミング情報に基づいて前記目標物の位置及び速度並びに移動方位にかる情報を、前記受信信号相関処理部４４が特定し目標物特定情報記憶部４６に記憶処理する。
【０１１９】
そして、この特定された反射信号のドップラー情報及び当該反射信号にかかる送受信のタイミング情報並びに反射強度情報に基づいて前記反射受信信号にかかる目標物の位置及び移動方位を、画像値データ処理部が画像表示用として特定し目標物特定情報記憶部４５に記憶する（図１１：ステップＳ２０７／画像表示データ特定工程）
【０１２０】
次に、この目標物特定情報記憶部４５に記憶された正規の反射信号にかかる情報は、反射信号画像処理手段５０の表示制御部４８によってソーナー画像表示部４９上に有効に表示される。具体的には、前述した受信信号処理手段３７で処理され順次送り込まれる目標物の位置情報及び感度情報（反射レベル情報）は、画素値データ処理部で画素値データに順次変換処理され、画像表示用の座標データが付されて座標値データ記憶部４７に記憶される（図１１：ステップＳ２０８／座標データ記憶工程）。
【０１２１】
その後、この座標値データ記憶部４７に記憶されている座標値データを、表示制御部４８が二次元又は三次元の斜視図表示データに変換表示制御し、前述したソーナー画像表示部４９上に送り込み、画像表示する（図１１：ステップＳ２０９／目標物画像表示工程）。
【０１２２】
ここで、上記画素値データ処理部４６は、前述したように、目標物特定情報記憶部４５に記憶されている特定された一のドットおよびそれにかかる受信信号情報と対応する１０１個のレプリカ信号にかかるドップラー周波数のレプリカ相関値を読み出して、予め内部に設定されている画像表示条件の閾値と照合すると共に当該閾値を超えた音圧が最も高いレプリカ相関値を選択しその音圧に対応したグラデーションデータを画素値データとして出力する画素値データ処理を行う画素値データ処理機能を備えている。そして、この画素値データ処理を、前記各記憶部が記憶している一の送波ファンビーム毎に、対応する全部のレプリカ相関値に行われるようになっている。
【０１２３】
この上記画素値データ処理機能による画素値化処理は、具体的には、例えば図７に示すように、横軸の左端をドップラー周波数にかかる負の最大偏差であるマイナスｑ値，中央をドップラー周波数にかかる偏差０値，右端をドップラー周波数にかかる正の最大偏差であるプラスｑとすると共に、縦軸に相関レベル（音圧）を取ったグラフ上で、目標物が存在すると想定される閾値エリア（ハッチングエリア，又は画像表示エリア）を設定し、同一の画素対応方位の１０１個のレプリカ相関値について１個ずつ閾値エリア（画像表示エリア）に含まれるか否か順次に判定する。
【０１２４】
その後、閾値エリアに含まれる最大の相関ピーク（最大音圧）を生じる一つのレプリカ相関値を抽出し、これを目標物の存在する画素としてグラデーションデータに置き換えて記憶する。符号４７は、この場合のグラデーションデータを記憶する座標データ記憶部を示す。
【０１２５】
この画素値化処理を行うと、ドップラー周波数が付された反射受信信号であっても、これを閾値エリアによって高い相関レベルで確実に捕捉し特定することができる。又、この画素値化処理は、１ドットに対応する一画面分について順次行われ、これによって目標物からの反射信号を確実に検出し捕捉することができる。
【０１２６】
又、前述した表示制御部４８は、前述した主制御部１０からの要求に基づいて作動し、座標データ記憶部４７に記憶されている画素値データを読み出して図８に示すようにマトリックス配列処理し、それをソーナー画像表示部に表示する。
【０１２７】
この場合、主制御部１０からの要求に基づいて、同一時刻のマトリックス配列の画素を出力すれば二次元表示を行うことができ、又、サンプルホールドした複数回分の画面を奥行方向に重ね合わせて出力すれば図９に示すように三次元表示を行うことができる。さらに、送波器２０と受波器３０とで１サイクル分の送受波を行って得られる画面を重ね合わせて出力すれば、更に三次元表示を有効に行うことができる。
【０１２８】
ここで、本実施形態における上記動作で開示した各実行工程にあっては、その各動作機能の内容をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成してもよい。この場合、コンピュータとしては前述した主制御部に予め装備したコンピュータを利用するようにしてもよい。
【０１２９】
（実施形態の作用効果）
このように、上記構成のソーナーシステム１００によれば、送波器２０が第１〜第ｙの送波ファンビームＴＦ１  〜ＴＦＹ  を形成し、異なる周波数からなる送波ファンビーム音を水中に向かって送波し、受波器３０が、一つの送波ファンビームの一つの周波数に対して第１〜第ｘの受波ファンビームＲＦ１  〜ＲＦＸ  で切替式に待ち受けて反射音を受波し、受信方位設定部３４が、周波数ホッピング信号に対応したレプリカ信号を生成して待ち受けると共に指向性を有するビーム信号を取得し、レプリカ相関部４０が、ビーム信号とレプリカ信号とをレプリカ相関してレプリカ相関値を出力し、画素値データ処理部４７が目標物特定情報記憶部４６に記憶されたレプリカ相関値を読み出して画素値データ処理を行い、画像表示装置５０が画素値データを入力して表示画面に水中の目標物の正確な位置、距離、移動速度及び影像に関するＹ×Ｘのドット（Ｙは垂直方向のドット数，Ｘは水平方向のドット数）を表示することができる。
【０１３０】
上記構成の送波装置部１００Ａは、周波数ホッピング信号を生成し周波数ホッピング信号を位相を変えて励振信号とし第１〜ｎの送波素子２０１  〜２０ｎ  に入力し送波ファンビームを形成し送波ファンビーム音を送波合成することに特徴がある。
【０１３１】
また、上記構成の受波装置部１００Ｂは、ドップラーシフトにより複数のレプリカ信号を生成すること、各受波素子３０１  ，３０２  ，……，３０ｍ  で送波ファンビーム音の反射音を待ち受けて受信するための指向性制御を行ってビーム信号を取得すること、方位毎にレプリカ信号と受信ビーム信号とをレプリカ相関すること、レプリカ相関値を閾値に照合して画像データを得ること、を行う制御回路である。
【０１３２】
上記構成の受波装置部１００Ｂは、送波装置部１００Ａに対応し、送波ファンビームの一つの周波数毎に第１〜第ｘの受波ファンビームを形成して受波し、一つの送波ファンビームを構成している周波数のホッピング数だけ第１〜第ｘの受波ファンビームの形成を繰り返して受信し反射信号を取得すること、及び、周波数毎に分かれた反射受信信号を方位別にまとめてからビーム信号との間でレプリカ相関することに特徴がある。
【０１３３】
従って、送波ファンビーム音と反射音が周波数ホッピング信号からなり、また、反射音に付いたドップラーを検出し、ドップラーが付いた目標物とドップラーの無い残響とを分離することができるので、妨害・干渉・傍受に強く、時間分解能距離分解能が高く、画素の座標ずれが生じない正確な画像データを高クロスレンジ分解能を有して取得できて正確な画像表示が行える。
【０１３４】
更に、本実施形態に係る上記ソーナーシステムによれば、妨害・干渉・傍受に強い送波ファンビーム音を生成しかつ目標物に向かって送波しかつ目標物により反射されて得られる反射音に付いたドップラーを検出しドップラーが付いた目標物とドップラーの無い残響とを分離して画素の座標ずれが生じない正確な画像表示、距離分解能・時間分解能が高い画像表示ができる。
【０１３５】
又、ソーナー用送信装置（送信装置部）、ソーナー用受信装置（受信装置部）、ソーナー画像表示方法、及びそのプログラムについても、上記実施形態の全体説明内で開示したように、上記ソーナーシステムと同様の目的を達成し得る構成および作用効果を備えたものとなっている。
【０１３６】
ここで、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲での各種変更が含まれる。
例えば、ホッピングパターン発生器２２ａは、上記のように、タイミング制御信号ｂを入力する毎に、ランダムに異なったホッピングパターン信号を周波数シンセサイザ２２ｂに出力するようになっていてもよいし、また、送波素子２０１  〜２０ｎ  が形成する送波ファンビームの数に対応した１サイクル分の異なったホッピングパターンを用意していて、タイミング制御信号ｂを入力する毎に、異なったホッピングパターン信号を周波数シンセサイザ２２ｂに出力するようになっていてもよい。
【０１３７】
前述した送波素子については、これを横並びにして送波ファンビームを水平方向に並ばせて送信すると共に、前述した受波素子については、これを縦並びにして受波ファンビームを縦並びに形成して反射音を待ち受けるように設定してもよい。
また、送波素子２０１  〜２０ｎ  で形成する送波ファンビームの形成順序が本実施形態とは逆に送波方向が下向きの角度から上向きの角度になるまで走査してもよい。
【０１３８】
（付記）
ここで、上述した各実施形態について、その新規な技術内容の要点を以下に示す。尚、これは、技術内容の要点であり、本発明をこれに限定するものではない。
【０１３９】
〔付記１〕
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を反射ドップラー信号として受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部と、を有し、
前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにおいて、
前記送波器駆動制御手段が、
前記複数の各送波素子を同時に励振するための励振信号を生成する励振信号生成回路部を備え、前記励振信号を、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波とすると共に当該バルク波をその繰り返し周期毎に異なった周波数から成る少なくとも二以上の単位励振信号を断続して時系列に並べて成る異なった周波数ホッピング信号ｄをもって構成し、
前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からの反射受信波である反射ドップラー信号を予め設定された受信方位角度毎に順次受信すると共に当該反射ドップラー信号の要部を成す前記周波数ホッピング信号ｄの単位励振信号を対象としてこれを経時的に複数回サンプルホールドするサンプルホールド回路と、
このサンプルホールドにより取得された反射受信波にかかる前記バルク波の前記各単位励振信号を対象として、予めドップラーシフトさせて生成された複数のレプリカ信号との間で受信方位毎に相関をとり前記目標物からの反射信号を特定するレプリカ相関部と、
このレプリカ相関部で特定された反射信号を画像表示用として記憶する目標物特定情報記憶部とを含む構成したことを特徴とするソーナーシステム。
【０１４０】
〔付記２〕
付記１に記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信信号処理手段に、前記目標物特定情報記憶部に記憶された前記反射信号にかかる送受信のタイミング情報および反射レベルに基づいて前記目標物の所在位置および形状にかかる各情報を特定する画素値データ処理を行う共に、前記各受信方位に対応した表示用の座標データを付して座標データを生成し当該座標データを予め別に装備されたソーナー画像表示部に画像表示する反射信号画像処理手段を併設したことを特徴とするソーナーシステム。
【０１４１】
〔付記３〕
付記１に記載のソーナーシステムにおいて、
前記励振信号生成回路部は、周波数変調に必要な周波数情報として少なくとも二つの変調用周波数データを含むホッピングパターン信号ｃを乱数値に基づいて特定し出力するホッピングパターン発生器と、前記ホッピングパターン信号ｃと前記主制御部から一定周期で出力されるパルス波ａとに基づいて励振信号である前記周波数ホッピング信号ｄを生成し一定周期で繰り返すバルク波として出力する周波数シンセサイザとを備えて構成されていることを特徴としたソーナーシステム。
【０１４２】
〔付記４〕
付記３に記載のソーナーシステムにおいて、
前記ホッピングパターン発生器は、予め乱数発生回路を有すると共に、前記送波素子の共振周波数における共振時のＱを下げた状態で得られる広帯域の共振信号の内の有効に共振が得られる最小限度および最大限度の各周波数に対応した最小および最大の乱数値を予め設定し、前記乱数発生回路から順次出力される複数の乱数値に対応した任意の周波数値の組合せを前記ホッピングパターン信号ｃとして特定する機能を備え、
前記周波数シンセサイザ２２ｂは、前記ホッピングパターン信号ｃに基づいて前記主制御部から一定間隔で送り込まれるパルス信号ａをパルス変調し励振信号としての前記周波数ホッピング信号ｄを前記バルク波として出力する機能を備えていることを特徴としたソーナーシステム。
【０１４３】
〔付記５〕
付記４に記載のソーナーシステムにおいて、
前記送波器駆動制御手段は、
前記励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄを送信器用励振信号として入力すると共に、当該周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記各送波素子に対応した数で且つ前記送波ファンビーム音の送信方位に対応して設定される位相が順次異なった複数の励振信号を生成し当該生成された複数の励振信号を対応する前記各送波素子に同時に印加する送信方位設定部を備えていることを特徴としたソーナーシステム。
【０１４４】
〔付記６〕（送信方位の切換え）
付記５に記載のソーナーシステムにおいて、
前記送信方位設定部は、
前記各送波素子に印加する前記複数の各励振信号の位相を順次変化した状態に設定して対応する前記各送波素子に同時に印加し前記送波ファンビーム音の一の送信方位を特定する送信方位特定機能と、
前記主制御部に制御されて作動し予め設定された一定のタイミングで前記各送波素子から出力される送波ファンビーム音の送信方位を前記複数の各励振信号に設定する位相の印加パターンを変化させて一方の側から他方の側に向けて一定の角度間隔で断続的に順次切換え設定する送信方位切換え設定機能とを備えていることを特徴としたソーナーシステム。
【０１４５】
〔付記７〕
付記４に記載のソーナーシステムにおいて、
前記送信方位設定部を、位相が異なる周波数ホッピング信号ｄを前記複数の各送波素子に同時に印加する複数の可変移相回路と、この複数の各可変移相回路に対して前記励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄが入力された場合に当該周波数ホッピング信号ｄの位相を前記送波ファンビーム音の送信方向に対応して順次変化した状態に設定するように対応する前記各可変移相回路に予め指令する移相制御回路２４とにより構成したことを特徴とするソーナーシステム。
【０１４６】
〔付記８〕（方位切換え時の時間間隔）
付記６に記載のソーナーシステムにおいて、
前記主制御部は、前記送波ファンビーム音の送信方位角度の送信角度断続切替え設定に際しては、その切り換え時間の時間間隔を予め設定されたプログラムに従って適宜可変設定する切換えタイミング設定機能を備えていることを特徴とするソーナーシステム。
【０１４７】
〔付記９〕
付記１乃至６の何れか一つに記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信装置部の受信方位設定部を、
前記受波器の各受波素子を個別に付勢して前記各送波ファンビーム音に対する受信方位角度を設定する複数の受信側可変移相回路と、この各受信側可変移相回路を介して前記各受波素子の受信動作を制御し前記送波ファンビーム音の扇状ビーム面に直交する向きに扇状の受波ビーム領域を設定すると共に当該扇状受波ビーム領域を前記各受波素子の一方の側から他方の側に向けて可変設定する扇状受波ビーム設定回路とを備えた構成としたことを特徴とするソーナーシステム。
【０１４８】
〔付記１０〕
付記９に記載のソーナーシステムにおいて、
前記扇状受波ビーム設定回路により前記各受波素子に切り換え設定される扇状受波ビーム領域の一の方位は、画像表示に際して設定される画面における１ドットに対応したものであることを特徴とするソーナーシステム。
【０１４９】
〔付記１１〕
付記９に記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信装置部の受信信号処理手段を、
前記各受波素子で受信され前記受信方位設定部の前記各受信側可変移相回路を介して取り込まれる同一タイミングのドップラーシフトされた前記反射受信信号を加算処理する加算処理部と、
この加算処理部で加算処理されて成る前記反射受信信号を対象として前記サンプルホールド回路がサンプルホールドすると共に、このサンプルホールドされた前記反射受信信号を前記送信方位角度及び受信方位角度毎に分けて記憶する受信信号記憶部と、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号に対応して予めドップラーシフトされた周波数信号であるレプリカ信号を，前記周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記一の単位励振信号毎にそれぞれ複数生成するレプリカ信号生成部と、
このレプリカ信号生成部で生成される複数のレプリカ信号を前記送信方位角度毎に分けて記憶するレプリカ信号記憶部と、
前記記憶されたレプリカ信号と前記反射受信信号とを送信方位角度を合わせて且つ受信方位角度毎に相関をとり当該反射受信信号にかかる目標物からの反射信号およびそのドップラー量を順次特定する受信信号相関処理部とを含む構成とし、
前記サンプルホールド回路を、
前記加算処理部で加算処理されて成る前記反射受信信号の周波数及び感度情報を前記扇状受波ビーム設定回路で特定される一の受信方位角度毎に且つ前記反射受信信号を構成する複数の各単位励信信号毎にサンプルホールドする構成としたことを特徴とするソーナーシステム。
【０１５０】
〔付記１２〕
付記９に記載のソーナーシステムにおいて、
前記レプリカ信号生成部で生成されるレプリカ信号は、前記励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄを構成する各単位励信信号に対応して生成され、当該各単位励信信号にかかる周波数を基準とし且つ想定される最大及び最小に変化するドップラー周波数の数値を前記基準周波数の前後でそれぞれ複数等分した場合に得られる等分した位置の複数のドップラー周波数値に基づいて生成されたものであることを特徴とするソーナーシステム。
【０１５１】
〔付記１３〕
付記１１に記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信信号相関処理部は、
前記反射信号及びそのドプラー量の特定に際しては、前記受信方位角度毎に得られる前記反射受信信号を構成する周波数ホッピング信号の各単位周波数信号を、レプリカ信号記憶部に記憶されている前記同一方位角度で且つ対応する順位の複数のレプリカ信号の全てについてその周波数を比較すると共に、同一又はこれに最も近い値の一の周波数のレプリカ信号を前記反射波にかかる反射信号として特定する相関処理機能と、
この特定された反射受信信号のドップラー情報及び当該反射受信信号にかかる送受信のタイミング情報に基づいて前記目標物の位置及び移動方位を特定する目標物特定機能と、を備え、
前記受信信号相関処理部に、当該受信信号相関処理部で特定された反射信号にかかる前記目標物の位置及び移動方位の各情報を記憶する目標物特定情報記憶部を併設したことを特徴とするソーナーシステム。
【０１５２】
〔付記１４〕
付記９に記載のソーナーシステムにおいて、
前記受信装置部の前記受信信号処理手段に、前記受信信号相関処理部で順次特定された前記目標物からの反射信号および当該反射信号にかかる情報を画像表示用として画像処理する反射信号画像処理手段を併設したことを特徴とするソーナーシステム。
【０１５３】
〔付記１５〕
扇状に広げられた送波ファンビーム音を目標物に向けて且つ一定周期で繰り返し送信する送波器と、この送波器を励振制御する送波器駆動制御手段と、この送波器駆動制御手段の全体的な動作を制御する主制御部とを備えたソーナー用送信装置において、
前記送波器を前記目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子をもって構成すると共に、
前記送波器駆動制御手段を、
前記複数の各送波素子を同時に励振するための励振信号である周波数ホッピング信号ｄを生成し出力する励振信号生成回路部と、この励振信号生成回路部で生成される周波数ホッピング信号ｄの位相を前記各送波素子毎に順次変化した状態に設定して対応する当該各送波素子に同時に印加し前記送波ファンビーム音の一の送信方位を特定する送信方位特定機能を備えた送信方位設定部とを有する構成とし、
前記送信方位設定部を、前記主制御部に制御されて作動し予め設定された一定のタイミングで前記各送波素子から出力される送波ファンビーム音の送信方位を前記複数の各励振信号の位相の印加パターンを繰り返し発信する送信ファンビーム音毎に変化させて一方の側から他方の側に向けて一定の角度間隔で断続的に順次切換え設定する送信方位切換え設定機能を備えた構成とし、
前記励振信号生成回路部で生成される前記励振信号を、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波とすると共に、このバルク波を少なくとも異なった周波数の断続した二以上の単位励振信号から成る前記ホッピング信号をもって構成したことを特徴とするソーナー用送信装置。
【０１５４】
〔付記１６〕
アレイ状に配列された複数の送波素子を備えた送波器から一定周期で繰り返えし発信された広帯域の扇状の送波ファンビーム音が目標物から反射して戻ってきた場合にこれを受信する複数の受波素子を備えた受波器と、この受波器の各受波素子を前記送波器のアレイ状送波素子に直交する方向に設置すると共に前記目標物からの反射音に対する受信方位を扇状の送波ファンビーム音に直交する方向の扇状の受波ビームとして予め設定する受信方位設定部と、前記受波器で受信されるドプラーシフトされた反射受信信号を信号処理すると共に当該目標物の所在を特定する受信信号処理手段と、これら各部の動作を制御する主制御部とを備えたソーナー用受信装置において、
前記送波器から一定周期で繰り返えし発信される広帯域の扇状の送波ファンビーム音は周波数の異なる複数の単位励振信号から成るバルク波を励信信号として繰り返し発信された送波ファンビーム音とすると共に、
前記受信信号処理手段を、
前記受波器で受信される前記目標物からのドップラーシフトされた反射受信信号が前記受信方位設定部を介して予め設定された受信方位角度毎に順次受信された場合に当該反射受信信号を経時的に複数回サンプルホールドし出力するサンプルホールド回路と、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号を前記バルク波を構成する複数の単位励振信号を対象とし且つこれに対応して予め生成された複数のレプリカ信号とについて受信方位毎に相関処理すると共にこれによって目標物からの反射信号およびそのドプラー量を特定するレプリカ相関部と、
このレプリカ相関により特定された反射信号およびそのドプラー量にかかる情報を画像表示用の目標物特定情報として記憶する目標物特定情報記憶部とを含む構成としたことを特徴とするソーナー用受信装置。
【０１５５】
〔付記１７〕（方法の発明／付記１対応）
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部とを有し、更に、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として使用する周波数ホッピング信号ｄを、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号により構成すると共に、これを前記送波器駆動制御手段の励振信号生成回路部が前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成し（周波数ホッピング信号ｄ生成工程）、
この周波数ホッピング信号ｄを励信信号として前記複数の送波素子に印加するに際しては、前記前記送波器駆動制御手段の送信方位設定部が作動し、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記複数の送波素子毎に個別に位相制御すると共に、当該位相制御された周波数ホッピング信号ｄを前記アレイ状の各送波素子に同時に印加して前記目標物に向けて送信される扇状送波ファンビーム音の方位を、前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその切り換え設定し（送波ファンビーム音発信工程）、
前記送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に、この反射波の受信に際しては、前記受信方位設定部が稼働して前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定し（反射信号受信工程）、
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎に予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて、受信信号相関処理部が相関処理すると共にこれにより当該反射受信信号にかかる目標物からの反射信号の強度及びそのドップラー量を順次特定し（受信信号処理工程）、
この特定された反射信号のドップラー情報並びに強度情報を画素値データ処理部が画像表示用として特定するようにしたこと（画像表示データ特定工程）を特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【０１５６】
〔付記１８〕（方法の発明／付記５対応）
付記１７に記載のソーナー用目標物特定方法において、
前記送波ファンビーム音発信工程にあって、前記送波器に対する前記励振信号の印加に際しては、前記励振信号生成回路部が前記送信方位角度の切り換え毎に異なった周波数の単位励振信号の組合わせから成る周波数ホッピング信号ｄを出力するようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【０１５７】
〔付記１９〕（方法の発明／付記９対応）
付記１７に記載のソーナー用目標物特定方法において、
前記受信信号処理工程にあっては、
前記各受信素子で受信された受信信号の全体を、前記受信方位毎に予め装備された加算処理部が前記受信方位設定部を介して取り込んで加算処理し、
この加算処理されて成る反射ドップラー信号の周波数及び感度情報を前記受信方位設定部で設定される一の受信方位角度毎に時系列で分けて且つ前記複数の単位励信信号に対応した受信信号毎に、サンプルホールド回路がサンプルホールドし、
このサンプルホールドされた前記反射受信信号とこれに対応して予め生成され記憶部に記憶されているドップラーシフトされた前記複数のレプリカ信号とについて前記受信信号相関処理部が相関処理する構成としたことを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【０１５８】
〔付記２０〕（方法の発明）
付記１５に記載のソーナー用目標物特定方法において、
前記レプリカ信号は、前記周波数ホッピング信号ｄを構成する単位励信信号の各周波数に対応して且つ当該一の単位励信信号にかかる周波数を基準とし想定される最大及び最小に変化するドップラー周波数の数値を前記基準周波数の前後でそれぞれ複数等分した場合に得られる等分した位置の複数のドップラー周波数値に基づいて、前記レプリカ信号生成部が生成したものであることを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【０１５９】
〔付記２１〕（方法の発明）
付記２０に記載のソーナー用目標物特定方法において、
前記受信信号処理工程における前記ドップラーシフトされた反射受信信号の特定に際しては、前記各方位角度毎に得られるドップラーシフトされた前記反射受信信号にかかる周波数ホッピング信号ｄの各単位励信信号を、レプリカ信号記憶部に記憶されている前記同一方位角度で且つ対応する順位の複数のレプリカ信号の全てについて、前記受信信号相関処理部がその周波数を比較すると共に、同一又はこれに最も近い値の一の周波数のレプリカ信号を前記反射波にかかる反射信号として特定し、
同時に、この特定された反射信号のドップラー情報及び当該反射信号に対応する前記反射ドップラー信号の送受信のタイミング情報に基づいて前記目標物の位置及び速度並びに移動方位を、前記受信信号相関処理部が特定し目標物特定情報記憶部に記憶処理するようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定方法。
【０１６０】
〔付記２２〕（プログラム発明／付記１７対応）
扇状に広がる送波ファンビーム音を目標物に向けて送信する送波器及び当該送波器を励振制御する送波器駆動制御手段を備えた送信装置部と、前記目標物からの反射音を受信する受波器及び当該受波器を付勢して前記目標物からの反射音に対する受信方位を設定する受信方位設定部並びに前記受波器で受信される反射音を信号処理し前記目標物の所在を画像表示用として特定する受信信号処理手段を備えた受信装置部と、これら各構成要素全体の動作を制御する主制御部とを有し、更に、前記送波器を目標物に面してアレイ状に配列されてなる複数の送波素子により構成すると共に、前記受波器を同じく目標物に面してアレイ状に配設され且つ前記アレイ状の送波器に対して９０度回転した状態で設置された複数の受波素子により構成して成るソーナーシステムにあって、
前記複数の各送波素子を同時に励振する励振信号として使用する周波数ホッピング信号ｄを、一定周期で繰り返す広帯域のバルク波で且つ異なった周波数の少なくとも二以上の断続した単位励振信号により構成すると共に、これを前記バルク波の繰り返し周期毎に新たに生成する周波数ホッピング信号生成処理機能、
この周波数ホッピング信号ｄに基づいて生成され前記複数の各送波素子に対応して位相制御された励振信号を前記送波器に印加すると共に、前記バルク波の繰り返し周期に対応して前記アレイ状の各送波素子を同時に駆動し前記目標物に向けて発信する扇状送波ファンビーム音の方位を前記各送波素子の一方の側から他方に側に向けて断続的に切り換え設定する送信方位切換え設定機能、
前記送波器から発信される送波ファンビーム音の前記目標物からの反射波をドップラーシフトされた反射受信信号として前記受波器が受信すると共に、この反射波の受信に際しては、前記目標物からの反射音に対する受信方位を前記扇状送波ファンビーム音の広がりに直交する方向で且つ前記アレイ状の各受信素子の一方の側から他方に側に向けて断続的にその受信方位を切り換え設定する受信方位切換え設定機能、
前記受波器が受信した反射受信信号を前記単位励振信号毎にこれに対応して予め準備されたドップラーシフト付の複数のレプリカ信号に基づいて相関処理すると共にこれに基づいて反射信号の強度やドプラー量を順次特定する受信信号処理機能、
及びこの特定された反射信号についてそのドップラー情報及び当該反射信号にかかる送受信のタイミング情報並びに反射強度情報に基づいて前記目標物の位置及び移動方位を、画像表示用として特定し記憶部に記憶処理する画像表示データ記憶処理機能、
を備え、これらの各処理機能を前記主制御部が備えているコンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定プログラム。
【０１６１】
〔付記２３〕（プログラム発明／付記１９対応）
付記２２に記載のソーナー用目標物特定プログラムにおいて、
前記信号受信処理機能にあっては、
前記各受信素子で受信される反射ドップラー信号の全体を受信方位毎に取り込んで加算処理する加算処理機能、
この加算処理されて成る反射ドップラー信号の周波数及び感度情報を前記受信方位設定部３４で設定される一の受信方位角度毎に時系列で分けて且つ前記複数の単位励信信号に対応した単位周波数信号毎に、サンプルホールドした後これを一時的に保持するサンプルホールド処理機能、
このサンプルホールドされた前記反射ドップラー信号に対応して、予めドップラーシフトされた前記送波ファンビーム音の反射波に対応するドップラー周波数信号のレプリカ信号を、前記周波数ホッピング信号ｄに基づいて前記一の単位励振信号毎に複数生成すると共に、この生成された複数のレプリカ信号を前記送信方位角度によって特定される周波数ホッピング信号ｄ毎に分けて、レプリカ信号記憶部４３に記憶処理するレプリカ信号生成記憶処理機能、
および前記サンプルホールドされた反射ドップラー信号を、前記記憶されたレプリカ信号に基づいて相関処理し、反射ドップラー信号から目標物からの反射信号およびドプラー量を順次特定して記憶部に記憶する受信信号相関処理機能、
を設け、これらを前記コンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定プログラム。
【０１６２】
〔付記２４〕（プログラム発明／付記２０対応）
付記２３に記載のソーナー用目標物特定プログラムにおいて、
前記レプリカ信号生成記憶処理機能では、
前記レプリカ信号を前記周波数ホッピング信号ｄを構成する単位励信信号の周波数に対応して生成すると共に、当該一の前記単位励信信号にかかる周波数を基準とし想定される最大及び最小に変化するドップラー周波数の数値を前記基準周波数の前後でそれぞれ複数等分した場合に得られる等分した位置の複数のドップラー周波数値に基づいて生成するレプリカ信号生成処理機能を設け、
これを前記コンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定プログラム。
【０１６３】
〔付記２５〕（プログラム発明／付記２１対応）
付記２７に記載のソーナー用目標物特定プログラムにおいて、
前記受信信号相関処理機能にあっては、
前記ドプラーシフトされた反射受信信号に基づいて反射信号を特定するに際しては、前記各方位角度毎に得られる反射ドップラー信号にかかる周波数ホッピング信号の各単位励信信号を、レプリカ信号記憶部に記憶されている前記同一方位角度で且つ対応する順位の複数のレプリカ信号の全てについて、その周波数を比較すると共に、同一又はこれに最も近い値の一の周波数のレプリカ信号を前記反射波にかかる反射信号として特定し、
同時に、この特定された反射信号に対応する前記反射信号のドップラー情報及び送受信のタイミング情報に基づいて前記目標物の位置及び速度並びに移動方位を特定し目標物特定情報記憶部に記憶処理し、
これらを前記コンピュータに実現させるようにしたことを特徴とするソーナー用目標物特定プログラム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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